dispense metabolismo ferro 1 - Docente.unicas.it
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Riassunto<br />
Il <strong>ferro</strong> è un elemento essenziale per<br />
l’organismo e la sua disponibil<strong>it</strong>à strettamente<br />
controllata attraverso la regolazione<br />
dell’assorbimento intestinale e del<br />
rilascio dai macrofagi splenici del <strong>ferro</strong><br />
recuperato dal catabolismo dell’emoglobina.<br />
Numerose proteine legano il<br />
<strong>ferro</strong> per ev<strong>it</strong>arne la potenziale tossic<strong>it</strong>à.<br />
Lo studio di modelli animali e di patologie<br />
genetiche del <strong>metabolismo</strong> del <strong>ferro</strong><br />
ha contribu<strong>it</strong>o alla comprensione dei<br />
meccanismi molecolari relativi al trasporto,<br />
assorbimento e regolazione del<br />
<strong>ferro</strong>. L’identificazione di Epcidina, una<br />
proteina con la struttura di un peptide<br />
antimicrobico, prodotto dal fegato come<br />
principale regolatore del <strong>ferro</strong> sta cambiando<br />
radicalmente la nostra interpretazione<br />
del <strong>metabolismo</strong> del metallo. La<br />
produzione di Epcidina è attivata a segu<strong>it</strong>o<br />
di stimoli infiammatori-infettivi o<br />
di eccesso di <strong>ferro</strong> e soppressa in condizioni<br />
di ipossia, anemia e carenza di <strong>ferro</strong>.<br />
Epcidina regola sia l’assorbimento<br />
intestinale sia il rilascio dal macrofago.<br />
L’inattivazione genetica di Epcidina dà<br />
luogo ad emocromatosi grave defin<strong>it</strong>a<br />
giovanile. Anche nella forma classica di<br />
emocromatosi dipendente da mutazioni<br />
di HFE la produzione di Epcidina è sregolata<br />
e la quant<strong>it</strong>à prodotta è inappropriata<br />
al sovraccarico di <strong>ferro</strong>. È probabile<br />
che Epcidina sia coinvolta anche<br />
nelle anemie dei disordini cronici, dove<br />
il <strong>ferro</strong> viene sequestrato nel reticoloendotelio.<br />
La possibil<strong>it</strong>à di dosare Epcidina<br />
renderà più facile l’interpretazione<br />
dei disordini dell’omeostasi del <strong>ferro</strong>.<br />
Summary<br />
Ematologia<br />
a cura di R. Galanello<br />
Iron is an essential component for human<br />
life and <strong>it</strong>s availabil<strong>it</strong>y is tightly<br />
regulated through duodenal absorption<br />
and macrophage release of iron obtained<br />
from hemoglobin catabolism.<br />
Several proteins bind iron to avoid <strong>it</strong>s<br />
potential toxic<strong>it</strong>y. The study of animal<br />
models and of human genetic disorders<br />
PROSPETTIVE IN PEDIATRIA 2004; 34: 103-113<br />
Fisiopatologia molecolare del<br />
<strong>metabolismo</strong> del <strong>ferro</strong><br />
A. ROETTO, C. CAMASCHELLA<br />
Dipartimento di Scienze Cliniche e Biologiche, Univers<strong>it</strong>à di Torino, Azienda<br />
Ospedaliera “San Luigi”, Torino<br />
have greatly contributed to our understanding<br />
of iron absorption, transport<br />
and regulation. The recent discovery of<br />
the antimicrobial peptide Hepcidin, that<br />
regulates iron absorption and release,<br />
has changed our interpretation of regulation<br />
of iron homeostasis. Hepcidin is<br />
produced by the liver following inflammation/infection<br />
or iron excess and is<br />
sw<strong>it</strong>ched off in cond<strong>it</strong>ions of hypoxya,<br />
iron deficiency or anemia. Genetic inactivation<br />
of Hepcidin causes severe juvenile<br />
hemochromatosis. Classic type HH<br />
due to mutations of HFE gene is also<br />
characterized by an inappropriately low<br />
Hepcidin secretion. It is likely that also<br />
anemia of chronic disorders is due to elevated<br />
hepcidin production, in order to<br />
lim<strong>it</strong> iron availabil<strong>it</strong>y as a defense<br />
mechanism against infectious organisms.<br />
The possibil<strong>it</strong>y of dosing Hepcidin<br />
in the future will facil<strong>it</strong>ate the understanding<br />
of the pathophysiology of iron<br />
homeostasis disorders.<br />
Il <strong>ferro</strong> è un elemento essenziale per<br />
l’organismo per lo scambio di ossigeno,<br />
la fosforilazione ossidativa e<br />
l’attiv<strong>it</strong>à di numerosi enzimi, ma la<br />
quant<strong>it</strong>à di <strong>ferro</strong> presente deve restare<br />
entro lim<strong>it</strong>i defin<strong>it</strong>i. La carenza<br />
di <strong>ferro</strong> causa anemia, il suo eccesso<br />
può causare tossic<strong>it</strong>à cellulare<br />
e danni d’organo. Il <strong>metabolismo</strong><br />
del <strong>ferro</strong> è strettamente conservativo:<br />
il <strong>ferro</strong> recuperato dalla distruzione<br />
delle emazie viene riutilizzato;<br />
non esiste un sistema di eliminazione<br />
e le perd<strong>it</strong>e di <strong>ferro</strong>, in assenza<br />
di emorragie, sono legate alla sola<br />
desquamazione cellulare. Per tali<br />
ragioni esiste una stretta regolazione<br />
dell’assorbimento intestinale e<br />
del rilascio del <strong>ferro</strong> dai macrofagi<br />
al compartimento circolante.<br />
Negli ultimi anni le conoscenze di<br />
fisiopatologia del <strong>metabolismo</strong> del<br />
<strong>ferro</strong> sono notevolmente progred<strong>it</strong>e,<br />
grazie a studi di genetica e biologia<br />
molecolare, che hanno permesso di<br />
clonare geni che codificano per proteine<br />
con un ruolo chiave nel <strong>metabolismo</strong><br />
del <strong>ferro</strong> e hanno chiar<strong>it</strong>o le<br />
basi molecolari di disordini ered<strong>it</strong>ari<br />
del <strong>ferro</strong>. Un grande sviluppo è<br />
anche derivato dallo studio di modelli<br />
animali di patologie umane<br />
spontanei e/o creati in laboratorio.<br />
In questa review verrà delineato lo<br />
stato dell’arte sui disordini del <strong>metabolismo</strong><br />
del <strong>ferro</strong> alla luce delle<br />
più recenti acquisizioni.<br />
Le proteine tradizionali<br />
del <strong>ferro</strong><br />
103<br />
Le principali proteine del <strong>ferro</strong> come<br />
la transferrina (Tf), proteina di<br />
trasporto, la ferr<strong>it</strong>ina (Ft), proteina<br />
di depos<strong>it</strong>o ed il recettore della transferrina<br />
(Tfr), deputato al recupero<br />
del <strong>ferro</strong> dalla circolazione sono note<br />
da molti anni. Uno schema della<br />
loro collocazione nel ricambio del<br />
<strong>ferro</strong> è illustrato in Figura 1. Per la<br />
trattazione sistematica della loro<br />
struttura e funzione si rinvia ai testi<br />
di ematologia. In questa review verranno<br />
però discussi i modelli animali<br />
in cui i geni che codificano per<br />
queste proteine sono stati inattivati,<br />
perché il loro fenotipo comporta<br />
una reinterpretazione della loro funzione.<br />
L’inattivazione di Tfr nel topo è incompatibile<br />
con la v<strong>it</strong>a: topi Tfr -/-<br />
(o knock out) muoiono per grave<br />
anemia e alterazioni neurologiche al<br />
dodicesimo giorno di v<strong>it</strong>a embrionaria<br />
(E12.5) (Levy et al., 1999). In<br />
accordo con la funzione indispensabile<br />
di Tfr nell’uomo non sono note<br />
patologie da defic<strong>it</strong> di Tfr. Topi eterozigoti<br />
per l’inattivazione di Tfr<br />
(Tfr -/+) hanno un quadro di lieve<br />
ipocromia ma depos<strong>it</strong>i di <strong>ferro</strong> aumentati<br />
nei macrofagi midollari e
104<br />
Fig. 1. Rappresentazione schematica del<br />
ciclo del <strong>ferro</strong>. Le frecce indicano la direzione<br />
degli spostamenti. I principali<br />
organi e tessuti sono riquadrati. A destra<br />
è indicato il ciclo er<strong>it</strong>ropoietico, a sinistra<br />
l’attiv<strong>it</strong>à inib<strong>it</strong>oria di Epcidina, peptide di<br />
derivazione epatica. La transferrina al<br />
centro funge da principale trasportatore<br />
nella circolazione.<br />
Sono inoltre indicati: Tfr = recettore della<br />
transferrina attraverso cui tutte le<br />
cellule assumono <strong>ferro</strong>; Ft = ferr<strong>it</strong>ina,<br />
molecola di depos<strong>it</strong>o a livello cellulare<br />
splenici. Da queste osservazioni si<br />
deduce che Tfr è indispensabile per<br />
l’er<strong>it</strong>ropoiesi, oltre che per lo sviluppo<br />
del SNC, ma sembra dispensabile<br />
per l’uptake del <strong>ferro</strong> di altre<br />
cellule dell’organismo<br />
Un ceppo spontaneo di topo (hpx) è<br />
caratterizzato da un’estrema riduzione<br />
ma non dalla totale soppressione di<br />
sintesi di Tf e presenta una grave anemia<br />
sideropenica ed un importante<br />
sovraccarico marziale (Trenor et al.,<br />
2000) (Tab. I). Questa condizione è simile<br />
alla ipotransferrinemia congen<strong>it</strong>a,<br />
raro disordine genetico recessivo.<br />
Il fenotipo di anemia e sovraccarico<br />
di <strong>ferro</strong> in assenza di Tf ha due<br />
implicazioni importanti. La prima è<br />
che Tf è indispensabile per la funzione<br />
del midollo er<strong>it</strong>roide, ma che il<br />
trasporto di <strong>ferro</strong> ai tessuti extraer<strong>it</strong>roidi<br />
utilizza meccanismi alternativi.<br />
La seconda è che Tf può partecipare<br />
alla segnalazione dello stato del <strong>ferro</strong>.<br />
Infatti, in sua assenza l’assorbimento<br />
aumenta determinando un sovraccarico<br />
importante.<br />
A. ROETTO, C. CAMASCHELLA<br />
1<br />
Il topo in cui è stato inattivato il gene<br />
della ferr<strong>it</strong>ina H, responsabile<br />
della attiv<strong>it</strong>à <strong>ferro</strong>ssidasica, muore<br />
tra il 3,5 e il 9,5 giorno di v<strong>it</strong>a embrionaria,<br />
indicando come tale proteina<br />
sia indispensabile per la difesa<br />
dalla tossic<strong>it</strong>à del <strong>ferro</strong> durante lo<br />
sviluppo. L’eterozigote è v<strong>it</strong>ale e<br />
apparentemente normale (Ferreira<br />
et al., 2001). Presenta tuttavia una<br />
concentrazione maggiore di ferr<strong>it</strong>ina<br />
sierica pur in assenza di sovraccarico<br />
tissutale di <strong>ferro</strong>. La ferr<strong>it</strong>ina<br />
L rappresenta la subun<strong>it</strong>à strutturale<br />
del polimero della ferr<strong>it</strong>ina con possibile<br />
funzione regolatoria. Non è<br />
disponibile il knock out di tale proteina.<br />
Le isoferr<strong>it</strong>ine sono molteplici,<br />
almeno considerando i database<br />
del genoma, recentemente è stata<br />
caratterizzata una forma di ferr<strong>it</strong>ina<br />
H, codificata da un gene nucleare e<br />
veicolata nel m<strong>it</strong>ocondrio. La sua<br />
espressione risulta evidente nelle<br />
forme di sovraccarico m<strong>it</strong>ocondriale<br />
di <strong>ferro</strong> quali l’anemia sideroblastica<br />
(Drysdale et al., 2002).<br />
Regolazione<br />
dell’omeostasi del <strong>ferro</strong><br />
Regolazione del <strong>ferro</strong> a livello cellulare<br />
Il sistema IRE-IRP è responsabile<br />
della regolazione post-trascrizionale<br />
di geni implicati nel <strong>metabolismo</strong><br />
del <strong>ferro</strong>. La regolazione è eserc<strong>it</strong>ata<br />
da specifici sensori del <strong>ferro</strong>, proteine<br />
c<strong>it</strong>oplasmatiche denominate<br />
Iron Regulatory Protein (o IRPs),<br />
che possono interagire con sequenze<br />
nucleotidiche defin<strong>it</strong>e IRE (Iron<br />
Responsive Element) presenti nella<br />
sequenza 5’ o 3’ non tradotte (5’ o 3’<br />
UTR) degli mRNA di alcuni geni<br />
regolati dal <strong>ferro</strong> (Rouault, 2002).<br />
Gli elementi IRE sono formati da<br />
circa 30 nucleotidi, con una caratteristica<br />
conformazione “a stelo”.<br />
Nell’mRNA della ferr<strong>it</strong>ina L o H,<br />
l’IRE è localizzato nella regione<br />
5’UTR. Nell’mRNA del TFR esistono<br />
5 elementi IRE, nella regione<br />
3’UTR. Quando il <strong>ferro</strong> è carente<br />
nelle cellule il legame IRP-IRE<br />
blocca la traduzione di ferr<strong>it</strong>ina e facil<strong>it</strong>a<br />
quella di TFR, stabilizzando il<br />
corrispondente mRNA. L’inverso<br />
succede quando il <strong>ferro</strong> è in eccesso.<br />
Le proteine sensori del <strong>ferro</strong> sono<br />
due: IRP1, che esplica attiv<strong>it</strong>à<br />
acon<strong>it</strong>asica nel ciclo di Krebs e<br />
IRP2. Entrambe sono in grado di legare<br />
gli stessi IRE, ma non sono<br />
equivalenti. La carenza di <strong>ferro</strong> induce<br />
la mancata formazione del cluster<br />
Fe-zolfo e fa perdere la funzione<br />
acon<strong>it</strong>asica ad IRP1 che acquisisce<br />
la funzione IRP. La proteina<br />
IRP2 non ha funzione acon<strong>it</strong>asica,<br />
ed è regolata attraverso la degradazione<br />
proteosomica, che è innescata<br />
dal legame di IRP2 con il <strong>ferro</strong>.<br />
Il sistema IRE-IRP permette una regolazione<br />
post-trascrizionale rapida e
Fig. 2. A) Rappresentazione schematica<br />
della regolazione post-trascrizionale<br />
mediata dal sistema IRE-IRP applicata,<br />
a t<strong>it</strong>olo esemplificativo, alla ferr<strong>it</strong>ina<br />
L. Il legame delle proteine IRP1/2<br />
(in giallo) all’elemento IRE avviene solo<br />
in condizioni di carenza di <strong>ferro</strong> e<br />
blocca la produzione della proteina. B)<br />
coordinata (Fig. 2A). Infatti uno stesso<br />
stimolo (carenza di <strong>ferro</strong>, ipossia<br />
ecc. può regolare simultaneamente<br />
numerosi mRNA che possiedono elementi<br />
IRE, tra cui i trasportatori intestinali<br />
(DMT1, <strong>ferro</strong>portina 1), Tf e<br />
l’enzima ALA sintetasi coinvolto nella<br />
primo step della sintesi dell’eme.<br />
FISIOPATOLOGIA MOLECOLARE DEL METABOLISMO DEL FERRO<br />
In caso di mutazioni nell’elemento IRE<br />
che ne alterino la conformazione spaziale<br />
(come nel caso della sindrome<br />
iperferr<strong>it</strong>inemia-cataratta, HHCS) il legame<br />
con IRP non avviene e, in questo<br />
caso, si verifica la sintesi cost<strong>it</strong>utiva e<br />
sregolata di ferr<strong>it</strong>ina, che provoca la<br />
patologia.<br />
L’inattivazione di IRP1 nel modello<br />
murino non comporta un fenotipo<br />
particolare, mentre l’inattivazione di<br />
IRP2 comporta il riscontro di livelli<br />
elevati di ferr<strong>it</strong>ina nel cervello e sintomi<br />
neurodegenerativi in età adulta,<br />
provocati dalla disfunzione di alcuni<br />
gruppi di neuroni (Grabill et al., 2003).<br />
2<br />
3<br />
105<br />
Fig. 3. Proteine coinvolte nell’assorbimento<br />
del <strong>ferro</strong> a livello della cellula<br />
della mucosa duodenale sul versante<br />
luminale e basolaterale. Il probabile<br />
effetto di Epcidina sulla <strong>ferro</strong>portina<br />
è evidenziato con un punto interrogativo.<br />
Meccanismi di assorbimento intestinale<br />
Lo studio di modelli animali mutanti<br />
spontanei o artificiali, creati in laboratorio,<br />
ha determinato un importante<br />
avanzamento delle nostre conoscenze<br />
sui meccanismi di assorbimento<br />
del <strong>ferro</strong> (Andrews, 2002).<br />
Il <strong>ferro</strong> ferrico a livello del lume viene<br />
ridotto a <strong>ferro</strong> <strong>ferro</strong>so per l’azione<br />
di una reduttasi dell’orletto a spazzola,<br />
denominata c<strong>it</strong>ocromo b duodenale<br />
(Dcytb). Il trasporto del <strong>ferro</strong> avviene<br />
quindi per opera di un trasportatore<br />
di membrana Divalent Metal<br />
Transporter 1 (DMT1 o Nramp2). Il<br />
<strong>ferro</strong> legato all’eme, molto più biodisponibile<br />
dei sali <strong>ferro</strong>si supererebbe<br />
in modo passivo la mucosa<br />
duodenale.<br />
Nell’enteroc<strong>it</strong>a, il <strong>ferro</strong> può essere utilizzato<br />
per le esigenze della cellula,<br />
o, se non necessario, stivato nella Ft.<br />
In questi casi sarà eliminato assieme<br />
all’enteroc<strong>it</strong>a per desquamazione nel<br />
lume. Alternativamente, se necessario<br />
all’organismo, il <strong>ferro</strong> passerà attraverso<br />
la membrana basolaterale alla<br />
Tf: il passaggio dipenderebbe dall’esportatore<br />
del <strong>ferro</strong> IREG, o <strong>ferro</strong>portina<br />
1 (FPN1) con la cooperazione<br />
di una ossidasi, analoga alla ceruloplasmina<br />
(Cp), denominata efestina<br />
che converte il <strong>ferro</strong> <strong>ferro</strong>so a ferrico,<br />
indispensabile per il legame alla Tf. In<br />
accordo con la loro funzione tutte<br />
queste proteine sono molto espresse<br />
negli enteroc<strong>it</strong>i (Fig. 3).<br />
L’assorbimento del <strong>ferro</strong> comporta il<br />
passaggio attraverso almeno due<br />
membrane plasmatiche, luminale e<br />
basolaterale, l’importanza maggiore<br />
essendo rivest<strong>it</strong>a dal secondo, che è il<br />
vero meccanismo di assorbimento.<br />
La regolazione del <strong>ferro</strong> avverrebbe<br />
quindi prevalentemente su questo versante.<br />
Infatti solo 1-2 mg passano a
106<br />
questo livello a fronte di una quant<strong>it</strong>à<br />
molto maggiore di <strong>ferro</strong> assorb<strong>it</strong>a dal<br />
versante luminale. In accordo con<br />
questa interpretazione l’espressione di<br />
Dcytb e DMT1 sull’orletto a spazzola<br />
è influenzata dalla quant<strong>it</strong>à di<br />
<strong>ferro</strong> presente nel lume, mentre l’espressione<br />
delle proteine basolaterali<br />
(<strong>ferro</strong>portina e efestina) è influenzata<br />
da stimoli sistemici. La desquamazione<br />
della mucosa intestinale con<br />
il suo contenuto di <strong>ferro</strong> non assorb<strong>it</strong>o<br />
contribuisce al meccanismo di controllo<br />
tram<strong>it</strong>e l’eliminazione. L’eme<br />
supera la mucosa duodenale, probabilmente<br />
in modo passivo: a livello<br />
dell’enteroc<strong>it</strong>a è metabolizzato dall’eme-ossigenasi,<br />
enzima preposto a<br />
bloccare la tossic<strong>it</strong>à dell’eme stesso.<br />
Se e come l’eme possa essere esportato<br />
dall’enteroc<strong>it</strong>a è oggetto di discussione.<br />
La quant<strong>it</strong>à di <strong>ferro</strong> assorb<strong>it</strong>a a livello<br />
intestinale è variabile in modo<br />
finalistico. La quota assorb<strong>it</strong>a è proporzionale<br />
alle esigenze dell’er<strong>it</strong>ropoiesi<br />
e inversamente proporzionale<br />
alla quant<strong>it</strong>à dei depos<strong>it</strong>i. Si ipotizzano<br />
segnali solubili che comunicano<br />
tra midollo (cosiddetto “regolatore<br />
er<strong>it</strong>roide”) o depos<strong>it</strong>i di <strong>ferro</strong><br />
(“regolatore dei depos<strong>it</strong>i”) e mucosa<br />
duodenale. La natura biochimica<br />
dei segnali coinvolti e i possibili<br />
sensori del <strong>ferro</strong> a livello intestinale<br />
sono ignoti. È r<strong>it</strong>enuto un ottimo<br />
candidato al ruolo di segnale la Tf<br />
circolante o meglio il suo livello di<br />
saturazione, che riflette cr<strong>it</strong>icamente<br />
gli stati di defic<strong>it</strong> o sovraccarico<br />
(Frazer e Anderson, 2003).<br />
A lungo è stato accettato che i sensori<br />
del <strong>ferro</strong> fossero le cellule delle<br />
cripte intestinali ed un ruolo è stato<br />
assegnato ad HFE, che interagendo<br />
con TFR potrebbe rappresentare il<br />
sensore dell’organismo. Più recentemente<br />
questa teoria, mai docu-<br />
A. ROETTO, C. CAMASCHELLA<br />
mentata sperimentalmente in modo<br />
inequivocabile, sembra sconfessata<br />
dalla scoperta dell’Epcidina, regolatore<br />
principale del <strong>ferro</strong> a livello<br />
epatico (Frazer e Anderson, 2003).<br />
Meccanismi di rilascio dal macrofago<br />
La maggior parte del <strong>ferro</strong> viene<br />
riutilizzata grazie al recupero del<br />
<strong>ferro</strong> derivante dal catabolismo dell’emoglobina:<br />
a fronte di 1-2 mg di<br />
<strong>ferro</strong> ricambiati giornalmente, circa<br />
20-30 mg rilasciati dal macrofago<br />
vengono riutilizzati. Bisogna quindi<br />
ipotizzare che segnali analoghi a<br />
quelli destinati all’intestino devono<br />
pervenire al macrofago per regolarne<br />
il rilascio di <strong>ferro</strong> in base alle richieste<br />
dell’er<strong>it</strong>ropoiesi. L’importanza<br />
del rilascio si evidenzia in s<strong>it</strong>uazioni<br />
in cui per difetti genetici di<br />
proteine dell’esporto o per azione di<br />
c<strong>it</strong>ochine infiammatorie il rilascio<br />
di <strong>ferro</strong> al macrofago è bloccato<br />
(vedi oltre). Tuttavia i meccanismi<br />
di rilascio sono ancora poco noti.<br />
Un ruolo chiave è certamente svolto<br />
da ceruloplasmina e da <strong>ferro</strong>portina,<br />
come derivato da studi sulle rispettive<br />
patologie (vedi oltre).<br />
Regolazione sistemica del <strong>ferro</strong><br />
Il <strong>ferro</strong> è regolato secondo le necess<strong>it</strong>à<br />
dell’organismo ma il regolatore principale<br />
è rimasto ignoto sino a pochi<br />
anni fa. Nel 2001 è stata identificata<br />
una proteina, denominata Epcidina o<br />
LEAP1 (Liver-expressed-antimicrobial<br />
peptide), prodotta dal fegato in<br />
condizioni di sovraccarico di <strong>ferro</strong><br />
ed in grado di bloccare l’assorbimento<br />
di <strong>ferro</strong> e il rilascio dal macrofago<br />
(Ganz, 2003). Si tratta di un<br />
peptide ad attiv<strong>it</strong>à antimicrobica, codificato<br />
da una coppia di geni nel topo<br />
e da un gene in copia singola<br />
(HAMP), localizzato sul cromosoma<br />
19q, nell’uomo. Epcidina è prodotta<br />
come propeptide e attivata per clivaggio<br />
proteol<strong>it</strong>ico. Si comporta come<br />
un ormone in grado di agire a distanza<br />
in modo rapido e specifico.<br />
Peptidi di 20-25 aminoacidi sono stati<br />
purificati dalle urine di soggetti<br />
normali. Nel modello animale regola<br />
sia l’assorbimento intestinale che il<br />
recycling. Si ipotizza che Epcidina<br />
regoli principalmente l’esportatore<br />
del <strong>ferro</strong> FPN1 (Fig. 3). La sua iperespressione<br />
nel topo transgenico determina<br />
grave carenza di <strong>ferro</strong> per<br />
blocco dell’assorbimento, mentre la<br />
sua assenza nel topo knock out causa<br />
sovraccarico di <strong>ferro</strong> simile all’emocromatosi<br />
(Ganz, 2003). Questi effetti<br />
opposti sono in accordo con un ruolo<br />
centrale di regolatore del <strong>ferro</strong>.<br />
L’epcidina è soppressa dalla ipossia,<br />
anemia e stimolata dalla flogosi.<br />
L’importante espressione di Epcidina<br />
nella flogosi e la risposta ad LPS nell’animale<br />
riflettono la natura di peptide<br />
antimicrobico. Tuttavia in vivo<br />
l’azione antimicrobica non è rilevante,<br />
mentre si può ipotizzare che il<br />
blocco del <strong>ferro</strong> – un ottimo fattore di<br />
cresc<strong>it</strong>a per i microorganismi – sia<br />
divenuta la principale nel corso della<br />
evoluzione. Per le sue caratteristiche<br />
è prevedibile che in futuro l’epcidina<br />
o molecole analoghe possano trovare<br />
impiego in terapia negli stati di eccessivo<br />
assorbimento di <strong>ferro</strong>.<br />
Disordini del<br />
<strong>metabolismo</strong> del <strong>ferro</strong><br />
Anemie sideropeniche<br />
Tradizionalmente si tratta di una delle<br />
patologie più diffuse al mondo. Le<br />
cause della sideropenia sono in genere<br />
acquis<strong>it</strong>e correlate a scarsa introdu-
zione di <strong>ferro</strong> biodisponibile nei paesi<br />
poveri e a perd<strong>it</strong>e di sangue o ridotto<br />
assorbimento per patologie intestinali<br />
nei paesi progred<strong>it</strong>i.<br />
Rarissime sono le forme ered<strong>it</strong>arie.<br />
Invece nel modello animale proprio le<br />
forme ered<strong>it</strong>arie hanno chiar<strong>it</strong>o alcuni<br />
aspetti dell’assorbimento prima illustrati.<br />
Il ceppo di topi mk, caratterizzato<br />
dalla presenza di una anemia sideropenica<br />
severa da difettoso assorbimento,<br />
ha permesso la caratterizzazione<br />
di DMT1, il trasportatore del<br />
<strong>ferro</strong> luminale (Fleming et al., 1997).<br />
Tali topi sono portatori di una mutazione<br />
missenso R185G in DMT1.<br />
Lo studio del topo sla, affetto da una<br />
grave anemia sideropenica con accumulo<br />
di <strong>ferro</strong> a livello intestinale, ha<br />
portato alla caratterizzazione di efestina,<br />
una ossidasi di membrana espressa<br />
sul versante basolaterale.<br />
L’uptake luminale di <strong>ferro</strong> è normale<br />
nel topo sla, mentre è ridotto il passaggio<br />
di <strong>ferro</strong> dalla cellula intestinale<br />
alla Tf e l’enteroc<strong>it</strong>a risulta sovraccarico<br />
di <strong>ferro</strong> (Vulpe et al., 1999).<br />
Efestina è in effetti espressa a livello<br />
intestinale dove si ipotizza partecipi al<br />
rilascio del <strong>ferro</strong>, ruolo che Cp svolge<br />
nelle cellule del reticoloendotelio e<br />
dell’epatoc<strong>it</strong>a.<br />
Tutte queste forme sono sideropeniche<br />
da alterato passaggio di <strong>ferro</strong> dall’intestino<br />
nella circolazione.<br />
Il modello weissherbst di zebrafish<br />
ha portato al clonaggio di IREG o<br />
SCL40A1 o <strong>ferro</strong>portina 1 (Donovan<br />
et al., 2000).<br />
In patologia umana esistono rare famiglie<br />
con difetti ered<strong>it</strong>ari di assorbimento<br />
del <strong>ferro</strong>, al momento non<br />
identificati: è possibile che abbiano<br />
mutazioni di questi geni, anche se<br />
non si può escludere una alterazione<br />
del segnale er<strong>it</strong>ropoietico. In Tabella<br />
FISIOPATOLOGIA MOLECOLARE DEL METABOLISMO DEL FERRO<br />
I sono indicati i modelli murini in<br />
cui sono state identificate mutazioni<br />
in geni del <strong>metabolismo</strong> del <strong>ferro</strong> responsabili<br />
di un fenotipo anemico.<br />
Emocromatosi ered<strong>it</strong>aria<br />
L’emocromatosi ered<strong>it</strong>aria (HH) è il<br />
modello classico per lo studio della<br />
sregolazione dell’omeostasi del <strong>ferro</strong>.<br />
In questa malattia una eccessiva quant<strong>it</strong>à<br />
di <strong>ferro</strong> viene assorb<strong>it</strong>a a livello<br />
duodenale ed il macrofago rilascia<br />
rapidamente il <strong>ferro</strong> recuperato analogamente<br />
a quanto succede nell’anemia<br />
sideropenica, pur in presenza di<br />
eccesso di <strong>ferro</strong>. L’HH è geneticamente<br />
eterogenea: gli studi di genetica<br />
molecolare hanno forn<strong>it</strong>o informazioni<br />
su nuove proteine implicate<br />
nella regolazione del <strong>ferro</strong>. I geni noti<br />
al momento sono: HFE, responsabile<br />
della forma classica o di tipo 1<br />
(Feder et al., 1996), Tfr2, mutato nella<br />
forma di tipo 3 (Camaschella et<br />
al., 2000) e Epcidina, mutata in una<br />
Tab. I. Modelli animali di sideropenia.<br />
107<br />
forma giovanile (Roetto et al., 2003).<br />
La Tabella II riassume i geni noti e la<br />
loro localizzazione cromosomica.<br />
L’HH Hfe-correlata è una malattia ad<br />
insorgenza adulta, a penetranza incompleta,<br />
che colpisce prevalentemente<br />
i maschi verso i 40-50 anni. Può<br />
causare cirrosi epatica, cardiomiopatie,<br />
diabete, ipogonadismo ed altre<br />
endocrinopatie, artropatie e pigmentazione<br />
cutanea (Powell et al., 1994).<br />
La malattia è dovuta a mutazioni di<br />
Hfe, un gene atipico di istocompatibil<strong>it</strong>à,<br />
localizzato sul cromosoma 6.<br />
Due genotipi sono prevalenti tra i<br />
pazienti: C282Y in omozigosi o in<br />
eterozigosi composta con H63D.<br />
Altre mutazioni del gene sono rare<br />
(Tab. III). HH si caratterizza per incremento<br />
della saturazione della<br />
transferrina e della ferr<strong>it</strong>ina sierica,<br />
che aumenta in parallelo al depos<strong>it</strong>o<br />
di <strong>ferro</strong>. Il <strong>ferro</strong> si depos<strong>it</strong>a negli<br />
epatoc<strong>it</strong>i con un caratteristico gradiente<br />
dalla zona periportale a quel-<br />
Modello animale Gene Difetto Fenotipo<br />
molecolare<br />
sla efestina del 1582 pb anemia sideropenica<br />
mk dmt1 G185R anemia sideropenica<br />
belgrade (ratto) dmt1 G185R anemia sideropenica<br />
Tfr recettore per difetto di splicing letale in omozigosi<br />
la transferrina carenza di <strong>ferro</strong> in<br />
eterozigosi<br />
Fth ferr<strong>it</strong>ina H inattivazione genica letale<br />
Hpx transferrina del 27 pb esone 16 anemia + sovraccarico<br />
di Fe<br />
Weissherbst SCL40A1 C361ter;L167F anemia ipocromica<br />
(zebrafish)
108<br />
la centrolobulare. Negli stadi iniziali<br />
della malattia il <strong>ferro</strong> risparmia le<br />
cellule di Kuppfer e solo tardivamente<br />
si evidenzia in tutto il lobulo.<br />
A. ROETTO, C. CAMASCHELLA<br />
Tab. II. Classificazione dei disordini ered<strong>it</strong>ari con sovraccarico primario di <strong>ferro</strong>.<br />
Malattia Acronimo Gene Cromosoma Ered<strong>it</strong>arietà OMIM<br />
Emocromatosi tipo 1 HFE1 HFE 6p AR 235200<br />
Emocromatosi tipo 2a HFE2a/JH HJV 1q21 AR 602390<br />
Emocromatosi tipo 2b HFE2b HEPC 19q13 AR 602390<br />
Emocromatosi tipo 3 HFE3 TfR2 7q AR 604250<br />
Emocromatosi tipo 4 HFE4 FPN1 2q AD 606069<br />
Emocromatosi neonatale ? ? ? 251100<br />
Emocromatosi africana ? ? ? 601195<br />
Aceruloplasminemia ACP Cp 3q23 AR 117700<br />
Atransferrinemia Tf 3q AR 209300<br />
Iperferr<strong>it</strong>inemia/ HHCS FtL 19q13.3 AD 600886<br />
Cataratta *<br />
AR = autosomica recessiva; AD = autosomica dominante; * condizione caratterizzata da iperferr<strong>it</strong>inemia, ma non associata a sovraccarico di<br />
<strong>ferro</strong>.<br />
Tab. III. Mutazioni dei geni responsabili di emocromatosi.<br />
Nonostante sia stato clonato nel 1996<br />
il ruolo di Hfe non è ben defin<strong>it</strong>o. H-<br />
FE interagisce con TfR e partecipa al<br />
ciclo endosomico del <strong>ferro</strong>, ma il ti-<br />
po cellulare in cui questa interazione<br />
è rilevante in termini fisiopatologici<br />
non è chiaro. Dopo l’identificazione<br />
della epcidina il ruolo di sensore del-<br />
Geni e Tipo di Posizione Geni e Tipo di Posizione<br />
Mutazioni mutazione genica Mutazioni mutazione genica<br />
HFE C282Y Missenso Esone 4<br />
H63D Missenso Esone 2<br />
S65C Missenso Esone 2<br />
V68DT Frame shift Esone 2<br />
G93R Missenso Esone 2<br />
I105T Missenso Esone 2<br />
Q127H Missenso Esone 3<br />
P160DC Frame shift Esone 3<br />
E168X Nonsenso Esone 3<br />
W169X Nonsenso Esone 3<br />
V272L Missenso Esone 4<br />
Q283P Missenso Esone 4<br />
IVS3 1G-T Splice s<strong>it</strong>e –<br />
TFR2 E60X Frameshift Esone 2<br />
M172K Missenso Esone 4<br />
Y250X Stop Esone 6<br />
Q690P Missenso Esone 17<br />
AVAQ594-597del Delezione Esone 16<br />
SLC40A1 A77D Missenso Esone 3<br />
N144H Missenso Esone 5<br />
N144T Missenso Esone 5<br />
Y64N Missenso Esone 3<br />
D157G Missenso Esone 5<br />
V162del Delezione Esone 5<br />
Q182H Missenso Esone 6<br />
G323V Missenso Esone 7<br />
HEPC R56X Stop Esone 3<br />
93delG Delezione Esone 2<br />
HJV G99V Missenso Esone3<br />
G320V Missenso Esone 4<br />
I281T Missenso Esone 4<br />
I222N Missenso Esone 4<br />
R326X Nonsenso Esone 4
la cripta non è più accettato. Recenti<br />
sviluppi hanno dimostrato che la patologia<br />
è caratterizzata da una riduzione<br />
della espressione di RNA epatico<br />
per epcidina sia nel topo<br />
(Muckentaler, 2003; Nicolas et al.,<br />
2003) che nell’uomo (Bridle et al.,<br />
2003). L’ipotesi attualmente più accred<strong>it</strong>ata<br />
è che Hfe sia un regolatore<br />
di Epcidina e che l’emocromatosi in<br />
generale sia una malattia da inappropriata<br />
produzione di Epcidina.<br />
L’HH di tipo 2 è defin<strong>it</strong>a anche<br />
“giovanile” perché i sintomi compaiono<br />
più precocemente, il grado<br />
di sovraccarico è maggiore e colpisce<br />
entrambi i sessi. La maggior<br />
parte dei pazienti ha mutazioni in un<br />
gene, mappato sul braccio lungo del<br />
cromosoma 1 (1q) (Roetto et al.,<br />
1999), recentemente identificato<br />
(Papanikolaou et al., 2003). Questo<br />
gene codifica per una proteina, denominata<br />
emojuvelina, espressa<br />
prevalentemente a livello epatico e<br />
cardiaco, il cui ruolo funzionale rimane<br />
tuttavia oscuro. Le mutazioni<br />
descr<strong>it</strong>te sono in genere private; una<br />
mutazione ricorrente è G320V.<br />
Un sottogruppo ha mutazioni in Epcidina<br />
(Roetto et al., 2003). Questa<br />
osservazione dimostra il ruolo chiave<br />
di questa proteina nell’uomo, in<br />
analogia a quanto osservato nel modello<br />
animale.<br />
L’HH di tipo 3 è dovuta a mutazioni<br />
di Tfr2 (Camaschella et al., 2000),<br />
un recettore della Tf poco noto, espresso<br />
a livello epatico, con possibile<br />
funzione regolatoria. La malattia presenta<br />
aspetti intermedi tra tipo 1 e 2:<br />
il quadro clinico è meno grave rispetto<br />
al tipo 2, ma il sovraccarico è<br />
già presente nei primi anni di v<strong>it</strong>a.<br />
L’HH di tipo 4 è una forma dominante<br />
di sovraccarico genetico di<br />
<strong>ferro</strong>. La ferr<strong>it</strong>ina sierica è elevata e<br />
la saturazione della transferrina<br />
FISIOPATOLOGIA MOLECOLARE DEL METABOLISMO DEL FERRO<br />
spesso normale. Il depos<strong>it</strong>o di <strong>ferro</strong><br />
è localizzato nel reticoloendotelio o<br />
è di tipo misto. Sono state descr<strong>it</strong>te<br />
diverse mutazioni in eterozigosi nel<br />
gene SLC40A1, che codifica per<br />
<strong>ferro</strong>portina 1 (FPN1) (Njajou et al.,<br />
2001; Montosi, 2001). Alcuni pazienti<br />
presentano una lieve anemia;<br />
altri sviluppano anemia dopo alcuni<br />
salassi. FPN1 è un trasportatore di<br />
membrana espresso sulla superficie<br />
basolaterale degli enteroc<strong>it</strong>i e dei<br />
macrofagi. Le modal<strong>it</strong>à con cui le<br />
mutazioni causano il fenotipo non<br />
sono del tutto chiar<strong>it</strong>e: l’ipotesi prevalente<br />
è quella della perd<strong>it</strong>a di funzione<br />
e quindi del ridotto rilascio di<br />
<strong>ferro</strong> dai macrofagi. Le mutazioni<br />
responsabili di emocromatosi sono<br />
riassunte nella Tabella III.<br />
Sono disponibili modelli animali dell’emocromatosi<br />
classica e di tipo 3,<br />
oltre a Usf2 -/- che presenta l’inattivazione<br />
di Epcidina (Tab. IV).<br />
Animali in cui il gene Hfe è stato cost<strong>it</strong>uzionalmente<br />
inattivato presentano<br />
un fenotipo sovrapponibile alle<br />
caratteristiche cliniche della malattia,<br />
così come i topi in cui è stata inseri-<br />
Tab. IV. Modelli animali di sovraccarico di <strong>ferro</strong>.<br />
ta la mutazione principale di HFE<br />
(C282Y), anche se in questi ultimi la<br />
grav<strong>it</strong>à del fenotipo è minore del knock<br />
out germinale (Zhou et al.,<br />
1998; Levy et al., 1999). Il modello<br />
animale di HFE tipo 3 è stato ottenuto<br />
inserendo la mutazione inattivante<br />
ortologa a Y250X (Fleming et<br />
al., 2002) e dimostra lo stesso sovraccarico<br />
marziale dei pazienti.<br />
Si può ipotizzare l’esistenza di altri tipi<br />
di emocromatosi dovuti a mutazioni<br />
nel pathway di Epcidina o delle<br />
sua attivazione (Tab. V). Il sovraccarico<br />
di <strong>ferro</strong> presente tra i Bantù<br />
sembra essere correlato sia a fattori<br />
ambientali che a geni diversi da quelli<br />
noti sinora. Esiste una forma rara di<br />
emocromatosi neonatale le cui basi<br />
genetiche non sono chiar<strong>it</strong>e.<br />
Le patologie del recycling<br />
109<br />
Aceruloplasminemia<br />
La aceruloplasminemia è una malattia<br />
recessiva rara, descr<strong>it</strong>ta inizialmente<br />
in Giappone, con accumulo<br />
di <strong>ferro</strong> nei nuclei della base, fegato<br />
e pancreas, manifestazioni neurolo-<br />
Modello Gene Difetto molecolare Fenotipo<br />
animale<br />
β 2-m β 2-microglobulina inattivazione genica Sovraccarico di Fe<br />
hfe hfe inattivazione genica Sovraccarico di Fe<br />
hfe C282Y hfe C282Y Sovraccarico di Fe<br />
Usf2 epcidina inattivazione genica Sovraccarico di Fe<br />
Cp ceruloplasmina inattivazione genica Sovraccarico di Fe,<br />
atassia<br />
Tfr2 recettore per la<br />
transferrina 2 Y245X Sovraccarico di Fe
110<br />
giche di tipo atassico, diabete, degenerazione<br />
retinica. La ceruloplasmina<br />
(Cp) è una <strong>ferro</strong>ssidasi che lega il<br />
rame, coinvolta nella cessione di<br />
<strong>ferro</strong> dalle cellule alla Tf. Il sovraccarico<br />
epatoc<strong>it</strong>ario è massivo, ma<br />
non si sviluppa fibrosi e la funzional<strong>it</strong>à<br />
epatica è conservata. La Cp è<br />
indosabile nel siero, la ferr<strong>it</strong>ina è<br />
elevata mentre la sideremia e la saturazione<br />
della Tf sono ridotte. Nel<br />
modello animale (topo Cp -/- ) il <strong>ferro</strong><br />
si accumula nelle cellule reticoloendoteliali<br />
e negli epatoc<strong>it</strong>i per alterazione<br />
del rilascio (Harris, 1999):<br />
infatti la Cp, per l’azione <strong>ferro</strong>ssidasica,<br />
favorisce la creazione di un<br />
gradiente e facil<strong>it</strong>a il flusso di <strong>ferro</strong><br />
verso l’ambiente extracellulare. In<br />
accordo con questa osservazione la<br />
salassoterapia non è efficace.<br />
Anemia nei disordini cronici<br />
L’anemia dei disordini cronici infiammatori<br />
e neoplastici è molto co-<br />
A. ROETTO, C. CAMASCHELLA<br />
Tab. V. Possibile alterazione della regolazione epcidina–dipendente nelle principali<br />
patologie del <strong>metabolismo</strong> del <strong>ferro</strong>.<br />
Patologia Produzione Assorbimento Accumulo di Fe*<br />
Epcidina Intestinale di Fe* Macrofagico<br />
Emocromatosi Ridotta/Assente Aumentato Ridotto<br />
genetica<br />
Sovraccarico Aumentata Ridotto Aumentato<br />
di Fe secondario<br />
Sovraccarico Ridotta ? Aumentato Aumentato<br />
secondario<br />
+ anemia<br />
Anemia Ridotta Aumentato Ridotto<br />
sideropenica<br />
** ACD Aumentata Ridotto Aumentato<br />
* Fe = <strong>ferro</strong>; ** ACD = anemia dei disordini cronici.<br />
mune nella pratica clinica ed è chiaramente<br />
multifattoriale. Contribuiscono<br />
all’anemia l’eccessiva produzione<br />
di c<strong>it</strong>ochine (IL-1, TNF, TGF,<br />
IL6), che riducono la risposta er<strong>it</strong>ropoietinica,<br />
inibiscono la proliferazione<br />
er<strong>it</strong>roide e riducono la disponibil<strong>it</strong>à<br />
del <strong>ferro</strong> per l’er<strong>it</strong>ropoiesi,<br />
causando un defic<strong>it</strong> funzionale di<br />
<strong>ferro</strong>.<br />
L’anemia dei disordini cronici (ACD)<br />
è un modello di patologia in cui la disponibil<strong>it</strong>à<br />
di <strong>ferro</strong> per l’er<strong>it</strong>ropoiesi<br />
è ridotta in presenza di sovraccarico<br />
reticoloendoteliale: in accordo la saturazione<br />
della transferrina normale/ridotta<br />
e la ferr<strong>it</strong>ina elevata. Recentemente<br />
l’identificazione di epcidina,<br />
peptide antimicrobico prodotto<br />
per stimolo infettivo-infiammatorio,<br />
permette una reinterpretazione<br />
della patologia (Weinstein et<br />
al., 2002). L’Epcidina, proteina di<br />
fase acuta, è stimolata da IL-6, rivelando<br />
la sua origine di componente<br />
della immun<strong>it</strong>à naturale. Tuttavia nonostante<br />
la sua struttura sia simile a<br />
quella dei peptidi antimicrobici, nell’evoluzione<br />
avrebbe perso il ruolo<br />
antinfettivo (che mantiene parzialmente<br />
in v<strong>it</strong>ro) ed acquis<strong>it</strong>o la funzione<br />
di inib<strong>it</strong>ore del <strong>ferro</strong>. Quest’ultimo,<br />
come noto, è un fattore di<br />
cresc<strong>it</strong>a per i microrganismi per cui<br />
la sua indisponibil<strong>it</strong>à è protettiva nei<br />
confronti della infezione. L’Epcidina<br />
rappresenta quindi uno dei numerosi<br />
link tra <strong>ferro</strong> e immun<strong>it</strong>à, forse uno<br />
dei più antichi data la sua conservazione<br />
tra le specie.<br />
Altri disordini del<br />
<strong>metabolismo</strong> del <strong>ferro</strong><br />
Atransferrinemia congen<strong>it</strong>a<br />
L’atransferrinemia o ipotransferrinemia<br />
è una malattia recessiva rara,<br />
in cui la Tf è indosabile nel siero.<br />
Dipende da mutazioni nel gene della<br />
Tf sul cromosoma 3q21. È presente<br />
grave anemia sideropenica e<br />
sovraccarico di <strong>ferro</strong> epatico, dimostrando<br />
che il <strong>ferro</strong> viene veicolato<br />
al fegato e agli altri organi con sistemi<br />
di trasporto alternativi (Non-<br />
Transferrin-Bound-Iron o NTBI)<br />
analogamente a quanto descr<strong>it</strong>to nel<br />
topo hpx/hpx . La malattia risponde<br />
al trattamento con plasma. Questa<br />
patologia è al confine tra sideropenia<br />
e sovraccarico, identificando il<br />
duplice ruolo di Tf come veicolo di<br />
<strong>ferro</strong> al midollo e verosimile segnale<br />
del midollo stesso.<br />
Sindrome iperferr<strong>it</strong>inemia-cataratta<br />
La sindrome iperferr<strong>it</strong>inemia-cataratta<br />
(HHCS) è un disordine dominante<br />
causato da mutazioni nell’elemento<br />
IRE della ferr<strong>it</strong>ina L. Rappresenta<br />
una patologia del sistema
IRE-IRPs e uno dei rari esempi di<br />
patologia traduzionale. Le mutazioni<br />
in eterozigosi impediscono la<br />
corretta interazione di IRE-IRP, inducendo<br />
una sintesi cost<strong>it</strong>utiva di Lferr<strong>it</strong>ina<br />
(Fig. 2B). La patologia è<br />
caratterizzata da iperferr<strong>it</strong>inemia e<br />
cataratta bilaterale. La sideremia e<br />
la saturazione della transferrina sono<br />
normali e non esiste sovraccarico<br />
di <strong>ferro</strong>. Le mutazioni riscontrate<br />
interessano frequentemente il motivo<br />
nucleotidico CAGUG dell’ansa<br />
terminale, coinvolto nel legame con<br />
IRPs. Alcune sono private di singole<br />
famiglie, altre ricorrenti in pazienti<br />
non correlati. La mancata interazione<br />
con le proteine IRPs è stata<br />
dimostrata in v<strong>it</strong>ro in diversi casi.<br />
L’effetto clinico è direttamente dipendente<br />
dall’effetto termodinamico<br />
che le mutazioni causano sulla<br />
Box riassuntivo<br />
FISIOPATOLOGIA MOLECOLARE DEL METABOLISMO DEL FERRO<br />
struttura dell’IRE. I meccanismi di<br />
formazione della cataratta sono ancora<br />
poco chiari. In alcuni casi la<br />
cataratta è congen<strong>it</strong>a, in altri casi insorge<br />
successivamente.<br />
Ferro e patologie<br />
degenerative<br />
Depos<strong>it</strong>o di <strong>ferro</strong> si osserva nell’atassia<br />
di Friedreich, disordine recessivo<br />
dovuto a mutazioni del trasportatore<br />
m<strong>it</strong>ocondriale fratassina, che<br />
causa atassia e cardiomiopatia.<br />
Sembra che l’alterazione comporti una<br />
riduzione di produzione di tutti i<br />
complessi <strong>ferro</strong>-zolfo assemblati nel<br />
m<strong>it</strong>ocondrio. Neurodegenerazione<br />
con accumulo di <strong>ferro</strong> nel cervello si<br />
osserva nella malattia genetica di<br />
Hallervorden Spatz in cui il <strong>ferro</strong> si<br />
111<br />
accumula nella sostanza nigra e nel<br />
globo pallido causando progressiva<br />
demenza e rigid<strong>it</strong>à muscolare. La<br />
malattia è dovuta a mutazioni di una<br />
pantotenato-chinasi (Zhou et al.,<br />
2001). Un altro disordine dominante<br />
che si associa ad accumulo di <strong>ferro</strong><br />
è la neuroferr<strong>it</strong>inopatia descr<strong>it</strong>ta in<br />
una famiglia inglese con manifestazioni<br />
neurologiche di tipo extrapiramidale.<br />
Una mutazione della ferr<strong>it</strong>ina<br />
L comporta la formazione di aggregati<br />
di ferr<strong>it</strong>ina nel cervello dei<br />
pazienti, in particolare nei nuclei<br />
della base (Curtis et al., 2001). La<br />
comprensione del <strong>metabolismo</strong> del<br />
<strong>ferro</strong> nel sistema nervoso centrale è<br />
rilevante anche ai fini dell’osservazione<br />
di depos<strong>it</strong>i aumentati in patologie<br />
neurodegenerative acquis<strong>it</strong>e<br />
frequenti quali il morbo di Parkinson<br />
o la malattia di Alzheimer.<br />
Cosa si sapeva<br />
– L’assorbimento intestinale di <strong>ferro</strong> è lim<strong>it</strong>ato a 1-2 mg/die. È direttamente proporzionale alle necess<strong>it</strong>à dell’er<strong>it</strong>ropoiesi<br />
(“regolatore er<strong>it</strong>roide”) e inversamente proporzionale all’ent<strong>it</strong>à dei depos<strong>it</strong>i (“regolatore dei depos<strong>it</strong>i”).<br />
– Non esiste un sistema di eliminazione a parte la desquamazione cellulare.<br />
– L’emocromatosi ered<strong>it</strong>aria, malattia monogenica in cui la regolazione dell’assorbimento del <strong>ferro</strong> è alterata, è<br />
causata da mutazioni del gene HFE.<br />
Cosa sappiamo oggi<br />
– Sono stati identificati altri 4 geni responsabili di emocromatosi: recettore 2 della transferrina, epcidina, emogiuvelina<br />
e <strong>ferro</strong>portina 1, dimostrando che la regolazione del <strong>metabolismo</strong> del <strong>ferro</strong> è un fenomeno complesso.<br />
– L’identificazione di epcidina, peptide antimicrobico di origine epatica, ha forn<strong>it</strong>o il regolatore chiave dell’assorbimento.<br />
Epcidina funge da regolatore dei depos<strong>it</strong>i e quando viene “spenta” permette l’assorbimento massimale<br />
di <strong>ferro</strong> contribuendo al regolatore er<strong>it</strong>roide.<br />
– Lo studio di modelli animali ha permesso di identificare i trasportatori cellulari del <strong>ferro</strong>, quali DMT1 coinvolto<br />
nell’uptake dal lume intestinale in collaborazione con Dcyt1 e <strong>ferro</strong>portina 1 che coopera con efestina<br />
per esportare <strong>ferro</strong> nella circolazione.
112<br />
Bibliografia<br />
Andrews NC. A genetic view of iron homeostasis.<br />
Semin Hematol 2002;39:227-34.<br />
** Una review completa dal punto di vista<br />
genetico sulla regolazione del <strong>ferro</strong>.<br />
Blood Cells Mol Dis 2002;29:309-14.<br />
Bridle KR, Frazer DM, Wilkins SJ, et al. Disrupted<br />
hepcidin regulation in HFE-associated<br />
haemochromatosis and the liver as a regulator<br />
of body iron homoeostasis. Lancet. 2003;<br />
361:669-73.<br />
* Dimostra che l’epcidina è espressa in<br />
modo inappropriato nell’emocromatosi<br />
HFE correlata nei pazienti.<br />
Camaschella C, Roetto A, Calì A, et al. The gene<br />
encoding transferrin receptor 2 is mutated in a<br />
new type of hemochromatosis mapping to 7q22.<br />
Nat Genet 2000;25:14-5.<br />
Curtis AR, Fey C, Morris CM, et al. Mutation in<br />
the gene encoding ferr<strong>it</strong>in light polipeptide<br />
causes dominant adult-onset basal ganglia disease.<br />
Nat Genet 2001;28:350-4.<br />
Donovan A, Brownlie A, Zhou Y, et al. Pos<strong>it</strong>ional<br />
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2000;403:776-81.<br />
Drysdale J, Arosio P, Invernizzi R, et al. M<strong>it</strong>ochondrial<br />
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Blood Cells Mol Dis 2002;29:376-83.<br />
Feder JN, Gnirke A, Thomas W, et al. A novel<br />
MHC class I-like gene is mutated in patients<br />
w<strong>it</strong>h hered<strong>it</strong>ary haemochromatosis. Nat Genet<br />
1996;13:399-408.<br />
** Un lavoro classico di clonaggio posizionale,<br />
il primo nella storia dell’emocromatosi:<br />
ormai un lavoro storico.<br />
A. ROETTO, C. CAMASCHELLA<br />
Ricadute per la pratica clinica<br />
– La diagnosi di emocromatosi può essere effettuata con test genetico, tenendo presente l’eterogene<strong>it</strong>à genetica<br />
della malattia. L’approccio molecolare ha soppiantato la necess<strong>it</strong>à della biopsia epatica nella quasi total<strong>it</strong>à dei<br />
casi.<br />
– La comprensione dei meccanismi di regolazione permetterà di chiarire non solo il sovraccarico, ma anche altri<br />
disturbi del <strong>metabolismo</strong> del <strong>ferro</strong>. Lo sviluppo di un test per il dosaggio di epcidina nel siero potrà essere<br />
utile all’inquadramento clinico del sovraccarico primario e secondario, ma anche delle anemie da disordine<br />
cronico.<br />
Metodologia<br />
La review si basa su articoli originali e su rassegne recenti pubblicate in riviste cens<strong>it</strong>e da Science C<strong>it</strong>ation Index<br />
e Medline. Gli autori hanno lavorato nel settore da molti anni producendo contributi originali.<br />
Ferreira C, Santambrogio P, Martin ME, et al. H<br />
ferr<strong>it</strong>in knockout mice: a model of hyperferr<strong>it</strong>inemia<br />
in the absence of iron overload. Blood<br />
2001;98:525-32.<br />
Fleming MD, Trenor CC, Su MA, et al. Microcytic<br />
anaemia mice have a mutation in Nramp2,<br />
a candidate iron transporter gene. Nat Genet<br />
1997;16:383-6.<br />
Fleming RE, Ahmann JR, Migas MC, et al. Targeted<br />
mutagenesis of the murine transferrin receptor-2<br />
gene produces hemochromatosis. Proc<br />
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mouse model of hemochromatosis. Nat Genet<br />
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* Dimostra che l’espressione di epcidina<br />
corregge l’emocromatosi HFE- correlata<br />
nel modello animale.<br />
Njajou OT, Vaessen N, Joosse M, et al. A mutation<br />
in SLC11A3 is associated w<strong>it</strong>h autosomal<br />
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Vulpe CD, Kuo YM, Murphy TL. Hephaestin, a<br />
ceruloplasmin homologue implicated in intesti-<br />
Ringraziamenti<br />
I dati originali descr<strong>it</strong>ti in questa review sono<br />
stati ottenuti grazie al supporto di Telethon Progetto<br />
GP0255/01, MIUR e FIRB, Roma.<br />
Corrispondenza<br />
dott.ssa Clara Camaschella Dipartimento di<br />
Scienze Cliniche e Biologiche, Univers<strong>it</strong>à di Torino,<br />
Azienda Ospedaliera “San Luigi”, 10043<br />
Orbassano, Torino<br />
FISIOPATOLOGIA MOLECOLARE DEL METABOLISMO DEL FERRO<br />
nal iron transport, is defective in the sla mouse.<br />
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Weinstein DA, Roy CN, Fleming MD, et al.<br />
Inappropriate expression of hepcidin is associated<br />
w<strong>it</strong>h iron refractory anemia: implications for the anemia<br />
of chronic disease. Blood 2002;100:3776-81.<br />
* La prima dimostrazione del ruolo di epcidina<br />
nella anemia da disordini cronici.<br />
Per comunicare con l’autore, commentare e/o fare domande<br />
sull’articolo, vis<strong>it</strong>a la web di Prospettive in pediatria<br />
(http://www.prospettiveinpediatria.<strong>it</strong>)<br />
113<br />
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hemochromatosis. Proc Natl Acad Sci USA<br />
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